《基于湿法凹凸棒石高值利用关键技术开发与应用》

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该项目属特种功能无机非金属材料和无机非金属基复合材料应用技术领域。凹凸棒石是一种具有规整孔道(0.37nm×0.64nm)和纳米棒晶结构(棒晶长约1~5μm,直径约20~70nm)的天然一维纳米材料。我国凹凸棒石资源丰富,但利用水平和产品附加值不高,主要瓶颈因素是低品位凹凸棒石色泽深和伴生矿组成复杂,同时天然形成的凹凸棒石棒晶大多以鸟巢状或柴垛状聚集,利用传统干法工艺无法实现纳米功能化高值应用。该项目在863等项目支持下历时10年,突破了湿法低品位凹凸棒石结构性转白、伴生矿高效转化和凹凸棒石棒晶束无损解离关键共性技术难题,形成了具有自主知识产权的完整工艺技术包,在高值化产品开发及应用方面取得重大创新,主要技术发明内容包括:

1.发明了低品位凹凸棒石结构性转白关键制备技术,利用既具有还原性,又具有离子络合能力的有机酸,选择性梯度溶出八面体中的致色离子在转白的同时完整保留了凹凸棒石的规整孔道和纳米棒晶,解决了八面体溶蚀引起纳米棒晶损伤的技术难题,实现在涂覆锂离子电池隔膜涂层和增韧补强塑料母粒中的应用;利用凹凸棒石伴生矿和八面体溶出离子,攻克了宏量制备纳米功能材料的技术难题,实现了伴生矿的高值利用和溶出离子的有效利用。

2.发明了凹凸棒石棒晶束高效无损解离制备新技术,形成了“对辊处理-制浆提纯-高压均质-乙醇交换”一体化工艺,解决了棒晶束解离过程中棒晶损伤和干燥过程中二次团聚的技术难题,实现了凹凸棒石从矿物材料到纳米材料的转变;通过棒晶表面的电荷调控和功能基团组装,开发了凹凸棒石纳米无机凝胶和霉菌毒素吸附剂产品,实现了凹凸棒石棒晶的纳米功能性应用。

3.发明了高压均质力场促进凹凸棒石纳米孔道与有机分子原位组装新技术,显著提升了有机/无机复合材料的杂化效率;采用湿法工艺首次实现了系列颜色鲜艳类玛雅蓝颜料的高效制备,破解了类玛雅蓝颜料工业化稳定生产技术难题,产品在耐候性和防腐涂料中得到应用。

4.发明了凹凸棒石原位组装固体酸活性吸附位点制备技术,首次用湿法工艺实现了毛棕榈油高效脱色剂的规模化制备;利用废弃脱色剂和吸附剂通过原位炭化技术,制备了生物炭/凹凸棒石复合材料,实现了废弃物的循环利用。

该项目申请国家发明专利50项,已获授权24项,从关键技术发明到高值产品开发,形成了覆盖该项目关键技术的核心专利群。出版了《凹凸棒石黏土应用研究》和《凹凸棒石棒晶束解离及其纳米功能复合材料》2部专著,合作制定国家标准和行业标准各1件。发表SCI论文101篇,他引1808次。形成的高端产品各项性能指标达到或超过国外同类产品的技术水平,显著增强了我国凹凸棒石产业的核心竞争力,近三年新增销售额5.58亿元。基于湿法低品位凹凸棒石转白、伴生矿同步转化和凹凸棒石棒晶束解离技术的突破,解决了长期制约我国凹凸棒石高值化利用和产业发展的关键共性问题。相关成果获甘肃省技术发明奖一等奖1项,江苏省科学技术奖一等奖1项。

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